Устройство для измерения частотных характеристик

 

(72) Авторы изобретення

М. П. Попов и А. А. Черношей

Республиканский информационно-вычислительный центр

Министерства здравоохранения Белорусской ССР (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Изобретенне относится к электроиэмеренням и может использоваться для анализа частотных характеристик объектов нсследования, в том числе нелинейных объектов.

Известны измерители частотных харак5 теристик, основанные на выделения спектральных компонент, содержашихся в выходном сигнале (1 .

В качестве измерителя частотных характеристик могут использоваться также известные анализаторы спектра, если в качестве исследуемого сигнала выбрать выходной сигнал исследуемого объекта (2$.

Недостатком этих устройств является их невысокая точность.

Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому является устройство для измерения частотных характеристик и коэффициента нелинейных искажений объекта исследования, содержашее генератор, aha канала формирования синусоидального снгналау каждый нз RQTopbIx

2 содержит делитель частоты, пифроаналоговый преобразователь, фильтр высших частот, причем второй канал содержит также управляемый фазоврашатель и аттенюатор (3 . Выход первого канала соединен с исследуемым объектом, выход объекта подключен к первому входу вычитаюшего устройства, а на второй вход вычнтаюшего устройства подключен выход второго канала. Изменяя фазу н амплитуду синусоидального напряжения во втором канале, добиваются минимума напряжения некомпенсацни, получаемого на выходе вычнтаюшего устройства. Применение в указанном устройстве компенсационного метода измерений позволяет получить достаточную точность измерения частотных характеристик.

Недостатком этого устройства является невозможность исследования частотных характеристик нелинейных объектов. Кроме того, это устройство не позволяет нэучить характер нелинейности объекта, а также частотные характеристики объекта при воздействии на обьект сигнала произвольной формы, например импульсов (прямоугольных, э кс поненциальных ) .

Цель изобретения расширение функциональиых ВаЗМожнастей устройства, а именно обеспечение Возможности исследования частотных характеристик нелинейных объектов и определение характера непинейности исследуемого объекта. йпя достижения поставленной цели В устройство дпя определения частотных характеристик объекта исспедования, содержащее генератор сигналов и блок экстремапьного значения, Выход которого через блок управления подключен к управпяюшему Входу генератора сигналов, а также вычитаюший блок, дополнительно вводят запоминаюшее устройство, вход которого подкпючен к выходу

Вычитаюшего устройства, а выход запоминаюшего устройства подкпючен к сум мируюшему входу вычитавшего бпока, первому входу блока оценки подобия и первому входу регрессиометра, второй вход которого связан с выходом генератора сигнапов, первым входом элемента И с входом бцока задержки, а выход регрессиометра подключен к первому входу перемножитепя, второй вход которого связан с выходом блока задержки, а выход - co вторым входом бпока оценки подобия, выход которого подключен ко входу экстремального значения, при этом вычитаюший вход вычитаюшего устройства соединен с выходом элемента И, второй Вход которого подключен к блоку управления, причем генератор сигналов содержит поспедовательно соединенные регистратор-задатчик параметров, этапонный цифровой генератор и преобразоватепь код-аналог.

На чертеже приведена структурная схема предпагаемого устройства.

Устройство содержит генератор сигнапов 1, запоминаюшее устройстВо 2, регрессиометр 3, элемент И 4, вычитаюший блок З, бпок задержки 6, блок управления 7, блок 8 экстремального значения, перемножитель 9, блок 10 оценки подобия, регистратор-задатчик 11, этапонный цифровой генератор. 12, преобразователь,13 код-aíàëîã и объект исследования 14.

При определении амппитудно-частотной или фазо-частотной характеристик линейных объектов устройство работает спедуюшим образом.

8 Д

Подавая на вход исследуемого объекта 14 синусоидальный сигнал заданной частоты и единичной амплитуды с эталонного генератора 12, последовательно соединенного с преобразователем 13 код-анапог, на выходе объекта 14 попучают выходкой сигнал, который в виде конечной реализации записывается в запоминаюшее устройство 2. После этого генератор сигнапов 1 отключают от исследуемого обьекта и подключают к входу регрессиометра 3. Одновременно на второй вход регрессиометра с выхода запоминающего устройства 2 поступает реапизация выходного сигнапа исследуемого объекта 14.

Регрессиометр 3 вычисляет коэффициент регрессии исследуемого Выходного сигнала 1 объекта 14 исследования по эталонному сигналу по формуле

М х„-п ду, щ (° — Щ„)

4=4 где = 1,2„.„, .И - точка реапизации;

Ф щ

- математические у ожидания сигиаПОВ

, и .

Эталонный сигнап, задержанный на время работы регрессиометра 3 в бпоке 6 задержки, перемножают на вычиспенный в регрессиометре коэффициент регрессии A и полученная на выходе перемножителя 9 регрессионная модепь эталонного сигнала подается в бпок 10 оценки подобия, на второй вход которого поступает сигнал из запоминаюшего устройства 2. Блок 10 опредепяет степень подобия регрессионной модепи эталонного сигнала исследуемому выходному сигнапу обьекта 14 по выбранному критерию, например по минимуму среднеквадратичного откпонения.

М " p (-м„)-А("- Д)g, (g)

Блок 8 экстремапьного значения с помошью блока управления 7 изменяет фазу синусоидапьного сигнала этапонного генератора 1 до тех пор, пока не будет достигнут минимум среднеквадратичного от|шонения g регрессионной модели эталонного сигнала от исследуемого выходного сигнапа объекта 14. Значения коэффициента регрессии А и фазы ф при достижении минимума 7. есть, соответственно, усиление по амппитуде и фазовый сдвиг объекта 14 исследования на заданной частоте.

740 8

1. Устройство для измерения частотных характеристик, содержашее генератор сигналов и блок экстремального значения, выход которого через блок управления подключен к управляюшему входу генератора сигналов, а также вычитаюший блок, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены элемент И, блок задержки, перемножитель, регрессиометр, блок оденки подобия и запоминающее устройство, вход которого подключен к выходу вычитаюmего блока, а выход запоминаюшего . устройства подкпючен к суммируюшему входу вычитаюшего блока, первому входу блока оценки подобия и первому вхо35

45 ду регрессиометра, второй вход которого входом блока задержки, а выход регрессиометра подключен к первому входу перемножитепя, второй вход которого связан с выходом блока задержки и выход перемножителя соединен со вторым входом блока оденки подобия, выход которого подкпючен ко входу блока . экстремального значения, при этом

5

68

Изменяя частоту М эталонного сигнала по всему исследуемому диапазону частот, причем каждый раз устанавливая начальную фазу $, повторяют описанные выше действия и получают ампи итудно-частотные и фазо-частотные характеристики линейного объекта.

При исследовании нелинейного объекта основной задачей становится определение спектральной характеристики выходного сигнала объекта при воздействии на объект эталонного сигнала заданной частоты. В этом случае после заполнения запоминаюшего устройства 2 реализацией выходного сигнала объекта 14 исследования генератор 1 сигналов отключают от объекта исследования и, подключив к. регрессиометру 3, находят как и ранее минимум среднеквадратичного отклонения регрессионной модели эталонного сигнала от исследуемого сигнала.

Однако поиск такой модели находят как изменением фазы @, так и изменением частоты 4д эталонного сигнала: вначале при фиксированной частоте Ы изменяют фазу от -Д: до Ф, затем изменяют частоту <А и вновь повторяют просмотр по фазе и т.д. Найденная таким образом спектральная компонента обладает максимальной относительнои энергией, так как она имеет минимальное среднеквадратичное отклонение от исследуемого сигнала. Параметры найденной компоненты — частота Ы, фаза и амплитуда, равная соответствующему коэффициенту регрессии Л, - фиксируется в регистраторе-задатчике 11 параметров.

Найденная компонента вновь генерируется генератором 1 сигналов и подаатся на вход элемента И 4, на второй вход которого в это время приходит разрешаюший сигнал с устройства управления 7. С выхода элемента И сгенерированный сигнал . поступает на вычитаюший вход вычитаюшего блока 5, на суммируюший вход которого подается реализация выходного сигнала из запомина сшего устройства 2. Выход вычитаюшего блоха 5 подключен к входу запоминаюmего устройства 2. Таким образом, в запоминаюшее устройство поместится выходной сигнал исследуемого обьекта

14 за вычетом уже найденной компоненты, Анализируя полученный остаток, находят

\ очередную спектральную компоненту. Ана- логично за К этапов анализа получают К

5 0

t5

25 спектральных компонент, упорядоченных по убыванию энергии.

Если целью исследования объекта является определение характера нелинейности объекта, то после подачи на вход объекта 14 стандартного "игнала и заполнения запоминаюшего устройства

2 реализацией выходного сигнала, генератор 1 сигналов, отключив от объекта и подключив его K регрессиометру 3, переводят в режим генерации произвольных функций. Блок 8 экстремального значения через блок управления 7 изменяет в этом случае как параметры эталонного сигнала при неизменной функции, так и саму функцию.

Применение в изобретении регрессионного метода дпя выделения спектральных компонент„содержашихся в выходном сигнале объекта, а также использование эталонных сигналов произвольного вида позволяют с высокой точностью измерять частотные характеристики как линейных, так и нелинейных объектов, а также выявлять характер нелинейности объекта.

Формула изобретения связан с выходом генератора сигналов, пеовым входом элемента И и

7 687408 8 вычитаюший вход вычитаюшего блока Источники информации, принятые во

i соединен с выходом элемента И, второй внимание при экспертизе

Вход которого подключен к второму вы- 1. Авторское свидетельство СССР ходу блока управления. Ми 472306, кл. 5 01 Я 23/16, 25.02.74.

2; Устройство по п. 1, о т л и— 2. Авторское свидетельство СССР ч а ю ш е е с Я тем, что„генеРатоР g 321768, кл. 5 01Я;23/16, сигналов содержит последовательно сое- 05.03.70. диненные регистратор-задатчик парамет- 3. Авторское свидетельство СССР ров, эталонный цифровой генератор и 10 Лй 434330, кл- 6017 23/16, преобразователь код-аналог. 05.07.72. g®,,-„1Составитель В. Муляр

Редактэр Т. Иванова Техред М. Келемеш Корректор Г. Назарова

Заказ 557 1/42 Тираж 1090 Подписное

ЫНИИПИ Государственного комижта СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патечт", r, Ужгород, ул. Проектная, 4